CN105421231A - 桥梁用cfrp筋拉索群锚锚具及制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具，包括锚杯，所述锚杯内设有上、下分丝端板、和位于上、下分丝端板、之间的若干分丝隔板，CFRP筋的端部由下至上依次穿过分丝减振块、下分丝端板、各分丝隔板和上分丝端板后固定在上分丝端板上，所述上、下分丝端板、和所有的分丝隔板上均设有供CFRP筋穿过的分丝孔，分丝孔内设垫圈，所述分丝隔板将由上、下端板和锚杯内壁形成的空间分为若干填充室，所述填充室内填充有胶体。通过在锚杯内设置分丝端板、分丝隔板，便于对CFRP筋进行分丝和固定，同时，将锚具内被分隔成若干填充室，各填充室内胶体采用不同的产量的硬质颗粒（如铁砂或氧化铝颗粒），调整胶体刚度由锚具下端至锚具上端逐步增大，适应CFRP筋锚固受力特点，提高了CFRP筋的锚固力。

Description

桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具及制作工艺

技术领域

本发明是一种桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具及其制作工艺。

背景技术

根据对国内外多座斜拉桥拉索的病害资料分析，桥梁中很多拉索由于水、气的渗入都存在不同程度的钢丝锈蚀，危及拉索的使用寿命和桥梁的运营安全。目前拉索和吊索的耐久性一般在10-20年，远低于桥梁其它构件。有必要采用强度更高、质量轻、耐久性好的CFRP（碳纤维增强复合材料）筋取代钢丝。

现有的CFRP筋拉索群锚具存在不足：一、在未达到CFRP筋抗拉强度之前，CFRP筋受剪破断。二、拉索由几十根CFRP筋组成，分丝安装定位存在困难。三、锚具胶体采用同一性能环氧树脂，不能适应CFRP筋锚固特点，锚固效率低，难于充分发挥CFRP材料性能。

公布号为CN104727487A的发明专利申请文件公开了一种复合式CFRP筋锚固体系，包括锚环、两片式楔形夹片、软金属保护套和环氧胶膜。该专利中的CFRP筋仅由锚环定位，且锚环厚度较大，锚环内可以容纳的环氧胶膜有限，也就是CFRP筋被融合粘接的强度较低，且锚具胶体采用同一性能环氧胶膜，不能适应CFRP筋锚固特点，锚固效率低，难于充分发挥CFRP材料性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具，该锚具的CFRP筋强度高，分丝安装定位安装便捷。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具，包括锚杯，所述锚杯内设有上、下分丝端板、和位于上、下分丝端板、之间的若干分丝隔板，CFRP筋的端部由下至上依次穿过下分丝端板、各分丝隔板和上分丝端板后固定在上分丝端板上，所述上、下分丝端板、和所有的分丝隔板上均设有供CFRP筋穿过的分丝孔，所述分丝隔板将由上、下端板和锚杯内壁形成的空间分为若干填充室，所述填充室内填充有胶体。

进一步地，各填充室内的胶体采用不同掺量的硬质颗粒，胶体刚度由锚具下端至锚具上端逐步增大适应CFRP筋锚固受力特点

进一步地，所述锚杯内对应下分丝端板的下部设有CFRP筋穿过的分丝减振块。

进一步地，所述分丝孔内设有套于CFRP筋外的垫圈。

进一步地，所述上分丝端板的上端面上设有箍紧CFRP筋的橡胶圈。

进一步地，所述锚杯与各填充室相对应的内壁为上大下小的锥面。

进一步地，所述锚杯内壁对应上、下分丝端板、和分丝隔板的安装位置处设有台阶。

进一步地，所述上、下分丝端板、和分丝隔板的周面上设有弧形凸起，所述上、下分丝端板、和分丝隔板通过穿过各自的弧形凸起的螺钉与相应的台阶连接；所述锚杯的内壁上由每个台阶的上端至相应的台阶处开有供相应的弧形凸起嵌入的弧形凹槽，所述弧形凹槽的轴向长度大于相应的弧形凸起。

进一步地，所述上分丝端板和分丝隔板上设有通气孔。

本发明的桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具具有如下优点：

1）通过在锚杯内设置分丝端板、分丝隔板，便于对CFRP筋进行分丝，同时，将锚具内被分隔成若干填充室，各填充室内胶体采用不同掺量的硬质颗粒（如铁砂或氧化铝颗粒），调整胶体刚度由锚具下端至锚具上端逐步增大，适应CFRP筋锚固受力特点，提高CFRP筋的粘接力。

2）通过在锚杯端头设置具有弹性的分丝减振块，可以防止CFRP筋剪切破坏。

3）在分丝端板和分丝隔板的分丝孔上设置垫圈，夹紧CFRP筋，同时容许CFRP筋微量的自由变形，避免拉索受力中CFRP筋安装及运营过程中受剪破断；

4）CFRP筋端头设置箍筋橡胶环，紧箍CFRP筋，防止筋材端头受损。

5）锚杯设对应各填充室的内壁为锥面，同时设置安装固定分丝端板和分丝隔板的台阶，锥面上开有设与弧形凸起向嵌合的弧形凹槽，可以增大胶体与锥面的粘结面积，增大CFRP筋的锚固力。

6）上、下分丝端板和分丝隔板上开有通气孔，保证胶体灌注密实，以增大胶体与CFRP筋间的粘接力，并减小拉索受力后的胶体变形。

与此同时，本发明要解决的另一技术问题是提供一种桥梁用CFRP筋拉索群锚的制作工艺，包括如下步骤：

S1）按尺寸制备锚杯、螺母、上、下分丝端板、分丝隔板、分丝减振块、垫圈、橡胶圈；

S2）将锚杯竖向夹持于安装平台上，根据锚杯长度和拉索设计长度将CFRP筋下料分丝，CFRP筋预留一段工作长度，并将CFRP筋束穿入分丝减振块，牵引安装分丝减振块和CFRP筋束至锚杯的下口，固定CFRP筋位置，从锚杯上口安装下分丝端板；

S3）将环氧树脂铁砂混合胶从锚杯上口灌注至最下方的分丝隔板的下表面处，然下安装最下方的分丝隔板；

S4）按照S3）由下至上依次灌注环氧树脂铁砂混合胶和安装各分丝隔板直至将上分丝端板安装到位；

S5）待环氧铁砂胶体凝固定型后，安装橡胶圈，切除CFRP工作长度；

S6）按S1）-S5）同法安装拉索另一端锚具；

S7）将锚具及CFRP筋拉索牵引盘卷，进行超张拉检验，形成拉索产品。

附图说明

图1为本发明一种桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具的结构示意图；

图2（a）为图1中A-A剖视图，图2（b）为图1中B-B剖视图；

图3（a）-（e）分别示出了上分丝端板、上下两个分丝隔板、下分丝端板和分丝减振块的截面图；

图4（a）为图3中的A大样视图，图4（b）为图4（a）中C-C剖视图；

图5（a）示出了分丝减振块的横截面视图，图5（b）示出了图5（a）中D-D剖视图；

图中：1-锚杯、2-上分丝端板、3-下分丝端板、4-分丝隔板、5-分丝孔、6-填充室、7-分丝减振块、8-垫圈、9-橡胶圈、10-台阶、11-CFRP筋、12-弧形凸起、13-螺钉、14-弧形凹槽、15-透气孔、16-端盖、17-连接筒、18-PE防护套、19-螺母。

具体实施方式

实施例1

本实施例为一种桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具，分别安装在CFRP筋拉索的两端，由该锚具将CFRP筋锚固。为了便于理解和描述，将本锚具及相应的CFRP筋（下方长度省略）竖向设置，如图所示，该锚具包括锚杯1，锚杯1具有上下两端开口的通道，锚杯下方连接有连接筒17和PE防护套18，锚杯1外套有螺母19。CFRP筋11的一端由下至上依次穿过PE防护套18和连接筒17后进入锚杯1内，在锚杯1内CFRP筋11被锚固。

CFRP筋11的具体锚固结构见图1，锚杯1的通道内设有上、下分丝端板2、3，上、下分丝端板2、3分别靠近锚杯1的上口和下口，上、下分丝端板2、3之间具有两个分丝隔板4，分丝隔板4的数量可根据具体使用环境而调整，不局限于本实施例中的两个。CFRP筋11的端部由下至上穿过下分丝端板3、两分丝隔板4和上分丝端板2，然后由位于上分丝端板2的上端面上的橡胶圈9将CFRP筋端头箍筋，橡胶圈9防止CFRP筋端头受损，在锚杯1的上口处即上分丝端板2的上方设有端盖16，端盖16将CFRP筋端头封闭在锚杯1内以对其进行防护。当然为了对CFRP筋进行分丝即使其穿过，上、下分丝端板2、3和分丝隔板4上均开有供CFRP筋穿过的分丝孔5，两个分丝隔板4将由上、下端板和锚杯1内壁形成的空间分为三个填充室6，填充室6内填充有胶体。在锚杯1内设置上、下分丝端板2、3和分丝隔板4便于将CFRP筋进行分丝固定，并且将锚具内分隔出多个填充室，在不同填充室内添置不同性能的胶体，通过不同性能的胶体将CFRP筋粘接。也就是说，每个填充室6内的胶体成分或含量不同，如三个填充室6内均填充环氧树脂铁砂混合胶，但铁砂含量不同，最下方的填充室内的环氧树脂铁砂混合胶的铁砂含量最低，中间一个填充室的环氧树脂铁砂混合胶的铁砂含量略高，最上方填充室内的环氧树脂铁砂混合胶的铁砂含量最高，也就是由下至上各填充室的铁砂含量逐渐升高，使得胶体刚度由锚具下端至锚具上端逐步增大，从而适应CFRP筋锚固受力特点，提高CFRP筋的锚固粘接力。

如图1所示，锚杯1的下口处即下分丝端板3的下方具有分丝减振块7，分丝减振块7由橡胶等弹性材料制成，CFRP筋穿过分丝减振块7后再向上穿过下分丝端板3。该分丝减振块7除了对CFRP筋进行分丝外，还可以防止CFRP筋剪切破坏。

如图3（a）-（d）和图4（a）、图4（b）所示，上、下分丝端板2、3和分丝隔板4的分丝孔5内设有垫圈8，垫圈8的内外圈分别与CFRP筋11和分丝孔5接触，垫圈8夹紧CFRP筋，垫圈8具有一定的弹性从而容许CFRP筋微量的自由变形，避免拉索受力中CFRP筋安装过程中受剪损伤或破断。

为了提高填充室内的胶体与填充室之间的粘接力，锚杯1与各填充室6相对应的内壁为上大下小的锥面，锥面提高了胶体与锚杯1的粘接力，也就增加了锚具锚固力。

锚杯1内壁对应上、下分丝端板2、3和分丝隔板4的安装位置处设有台阶10，当所有填充室的锥面处于同一个圆锥面上时，台阶10为处于圆锥面上的四个向内的凸环，当不同填充室的锥面处于不同的圆锥面上时，即不同填充室的锥面的母线不同线时，也就是图1所示的状态，台阶10为锥面的底部与相邻其他面的顶部之间形成的水平的环形面，由台阶10对相应的上、下分丝端板2、3和分丝隔板4进行轴向定位，且台阶10的内径即台阶形成的内孔直径小于相应的上、下分丝端板2、3和分丝隔板4的外径，从而使各填充室之间形成密封结构。

如图2和3所示，上、下分丝端板2、3和分丝隔板4的周面上设有弧形凸起12，上、下分丝端板2、3和分丝隔板4定位在相应的台阶10上后，由穿过各自的弧形凸起的螺钉13将上、下分丝端板2、3和分丝隔板4与相应的台阶10连接。

锚杯1的内壁上由每个台阶10的上端至相应的台阶处开有供相应的弧形凸起12嵌入的弧形凹槽14，弧形凹槽14的轴向长度大于相应的弧形凸起12，以下分丝端板3为例，由上至下将下分丝端板3放入其相应的台阶10上的过程中，下分丝端板3进入最下方的填充室6后其上的弧形凸起12，首先进入该填充室6内的弧形凹槽14，由该弧形凹槽14对弧形凸起12进行导向，直至下分丝端板3抵靠在下方的台阶上，既可固定分丝板，又可确定分丝孔方位，便于CFRP筋固定安装。弧形凹槽14除了对相应的上、下分丝端板2、3和分丝隔板4起到安装时的导向作用外，弧形凹槽14还增加了填充室内壁的面积，因此增加了锚杯对胶体和CFRP筋的锚固力。

如图3所示，上分丝端板2和分丝隔板4上设有通气孔15。通气孔15可以保证胶体灌注密实性，增大胶体与筋材间的粘接力，并减小拉索受力后的胶体变形。

实施例2

本实施例为一种桥梁用CFRP筋拉索群锚的制作工艺，包括如下步骤：

S1）按尺寸制备锚杯1、螺母、上、下分丝端板2、3、分丝隔板4、分丝减振块7、垫圈8、橡胶圈9；

S2）将锚杯竖向夹持于安装平台上，根据锚杯长度和拉索设计长度将CFRP筋下料分丝，CFRP筋预留一段工作长度，并将CFRP筋束穿入分丝减振块7，牵引安装分丝减振块7和CFRP筋束至锚杯1的下口，固定CFRP筋位置，从锚杯上口安装下分丝端板3；

S3）将环氧树脂铁砂混合胶从锚杯1上口灌注至最下方的分丝隔板的下表面处，然下安装最下方的分丝隔板；

S4）按照S3）由下至上依次灌注环氧树脂铁砂混合胶和安装各分丝隔板直至将上分丝端板2安装到位；也就是说，待下层填充室内的胶体成型后，灌注上一填充室胶体并安装相应的分丝板（包括分丝隔板和上分丝端板），防止操作时对凝固过程中的胶体扰动。

S5）待环氧铁砂胶体凝固定型后，安装橡胶圈9，切除CFRP工作长度；

S6）按S1）-S5）同法安装拉索另一端锚具

S7）将锚具及CFRP筋拉索牵引盘卷，进行超张拉检验，形成拉索产品。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具，包括锚杯（1），其特征在于：所述锚杯（1）内设有上、下分丝端板（2、3）和位于上、下分丝端板（2、3）之间的若干分丝隔板（4），CFRP筋的端部由下至上依次穿过分丝减振块（7）、下分丝端板（3）、各分丝隔板（4）和上分丝端板（2）后固定在上分丝端板（2）上，所述上、下分丝端板（2、3）和所有的分丝隔板（4）上均设有供CFRP筋穿过的分丝孔（5），所述分丝隔板（4）将由上、下端板和锚杯内壁形成的空间分为若干填充室（6），所述填充室（6）内填充有胶体。

2.根据权利要求1所述的桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具，其特征在于：各填充室内的胶体采用不同掺量的硬质颗粒，胶体刚度由锚具下端至锚具上端逐步增大。

3.根据权利要求1所述的桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具，其特征在于：所述锚杯（1）内对应下分丝端板（3）的下部设有CFRP筋穿过的分丝减振块（7）。

4.根据权利要求2所述的桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具，其特征在于：所述分丝孔（5）内设有套于CFRP筋外的垫圈（8）。

5.根据权利要求3所述的桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具，其特征在于：所述上分丝端板（2）的上端面上设有箍紧CFRP筋的橡胶圈（9）。

6.根据权利要求1所述的桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具，其特征在于：所述锚杯（1）与各填充室相对应的内壁为上大下小的锥面。

7.根据权利要求5所述的桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具，其特征在于：所述锚杯（1）内壁对应上、下分丝端板（2、3）和分丝隔板（4）的安装位置处设有台阶（10）。

8.根据权利要求6所述的桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具，其特征在于：所述上、下分丝端板（2、3）和分丝隔板（4）的周面上设有弧形凸起（12），所述上、下分丝端板（2、3）和分丝隔板（4）通过穿过各自的弧形凸起的螺钉（13）与相应的台阶（10）连接；所述锚杯（1）的内壁上由每个台阶（10）的上端至相应的台阶处开有供相应的弧形凸起（12）嵌入的弧形凹槽（14），所述弧形凹槽（14）的轴向长度大于相应的弧形凸起（12）。

9.根据权利要求7所述的桥梁用CFRP筋拉索群锚锚具，其特征在于：所述上分丝端板（2）和分丝隔板（4）上设有通气孔（15）。

10.一种桥梁用CFRP筋拉索群锚的制作工艺，其特征在于：包括如下步骤：

S1）按尺寸制备锚杯（1）、螺母、上、下分丝端板（2、3）、分丝隔板（4）、分丝减振块（7）、垫圈（8）、橡胶圈（9）；

S2)将锚杯竖向夹持于安装平台上，根据锚杯长度和拉索设计长度将CFRP筋下料分丝，CFRP筋预留一段工作长度，并将CFRP筋束穿入分丝减振块（7），牵引安装分丝减振块（7）和CFRP筋束至锚杯（1）的下口，固定CFRP筋位置，从锚杯上口安装下分丝端板（3）；

S3）将环氧树脂铁砂混合胶从锚杯（1）上口灌注至最下方的分丝隔板的下表面处，然下安装最下方的分丝隔板，待胶体凝固成型；

S4)按照S3）由下至上依次灌注环氧树脂铁砂混合胶和安装各分丝隔板直至将上分丝端板（2）安装到位；

S5）待环氧铁砂胶体凝固定型后，安装橡胶圈（9），切除CFRP工作长度；

S6）按S1-S5）安装拉索另一端锚具；

S7）将锚具及CFRP筋拉索牵引盘卷，进行超张拉检验，形成拉索产品。